Nadar em cardumes torna os peixes surpreendentemente furtivos debaixo d'água, com um grupo capaz de soar como um único peixe.

As novas descobertas dos engenheiros da Universidade Johns Hopkins que trabalham com uma simulação de alta tecnologia de cardumes de cavala oferecem uma nova visão sobre por que os peixes nadam em cardumes e prometem o projeto e operação de submarinos muito mais silenciosos e veículos submarinos autônomos.

“É amplamente conhecido que nadar em grupos proporciona aos peixes proteção adicional contra predadores, mas questionamos se isso também contribui para reduzir o seu ruído”, disse o autor sênior Rajat Mittal . “Os nossos resultados sugerem que a diminuição substancial na sua assinatura acústica quando nadamos em grupo, em comparação com a natação individual, pode de fato ser outro fator que impulsiona a formação de cardumes de peixes”.

O trabalho foi publicado recentemente na Bioinspiration & Biomimetics.

A equipe criou um modelo 3D baseado na cavala comum para simular diferentes números de peixes nadando, alterando suas formações, quão próximos eles nadavam uns dos outros e os graus de sincronização de seus movimentos. O modelo, que se aplica a muitas espécies de peixes, simula de uma a nove cavalas sendo impulsionadas para frente pelas nadadeiras caudais.

A equipe descobriu que um cardume de peixes movendo-se juntos da maneira certa era surpreendentemente eficaz na redução de ruído: um cardume de sete peixes soava como um único peixe.

“Um predador, como um tubarão, pode percebê-lo como se estivesse ouvindo um peixe solitário em vez de um grupo”, disse Mittal. "Isso pode ter implicações significativas para as presas."

A maior chave para a redução do som, descobriu a equipe, era a sincronização do movimento da cauda da escola – ou, na verdade, a falta dela.

Se os peixes se movessem em uníssono, batendo as barbatanas caudais ao mesmo tempo, o som aumentava e não havia redução no som total. Mas se alternassem as batidas da cauda, os peixes cancelavam o som um do outro, descobriram os pesquisadores.

“O som é uma onda”, disse Mittal. "Duas ondas podem se somar se estiverem exatamente em fase ou podem se cancelar se estiverem exatamente fora de fase. Isso é o que está acontecendo aqui, embora estejamos falando de sons fracos que dificilmente seriam audíveis para um ser humano. "

Os movimentos da barbatana caudal que reduzem o som também geram interação de fluxo entre os peixes que permitem que os peixes nadem mais rápido enquanto usam menos energia, disse o autor principal Ji Zhou, estudante de graduação da Johns Hopkins que estuda engenharia mecânica.

“Descobrimos que a redução do ruído gerado pelo fluxo não precisa ocorrer às custas do desempenho”, disse Zhou. “Encontramos casos em que reduções significativas no ruído são acompanhadas por aumentos perceptíveis no empuxo per capita, devido às interações hidrodinâmicas entre os nadadores”.

A equipe ficou surpresa ao descobrir que os benefícios da redução sonora surgem assim que um peixe nadador se junta a outro. A redução do ruído aumenta à medida que mais peixes se juntam a um cardume, mas a equipa espera que os benefícios cheguem ao limite em algum momento.

“O simples fato de estarmos juntos e nadarmos de qualquer maneira contribui para reduzir a assinatura sonora”, disse Mittal. "Nenhuma coordenação entre os peixes é necessária."

Em seguida, a equipe planeja adicionar turbulência oceânica aos modelos e criar simulações que permitam aos peixes nadar mais “livremente”.

Os autores incluem Jung Hee Seo, professor pesquisador associado de engenharia mecânica da Johns Hopkins.